传感器 第二章课件.ppt

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1、第一章电阻式传感器1.电阻应变式传感器的工作原理2.电阻应变片的结构与类型3.电阻应变计的主要特征4.电阻应变计的温度效应及其补偿5.电阻应变式传感器电阻应变测试技术具有具有独特的优点：（1）结构简单，使用方便，性能稳定、可靠（2）易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测；（3）灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；（4）可以测量多种物理量。它已广泛应用于许多领域，诸如航空、机械、电力、化工、建筑、医学等。3.1电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器由弹性敏感元件与电阻应变片构成。弹性敏感元件的作用：传感器组成中

2、的敏感元件，要根据被测参数来设计或选择它的结构形式。电阻应变片的作用：传感器中的转换元件，是电阻应变式传感器的核心元件。应力应变电阻变化电压变化模数转换电阻式传感器的基本原理：将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。其种类繁多，应用广泛。按照其工作原理可分为：变阻器(电位器)式、电阻应变式、固态压阻式、热敏电阻式、气敏电阻式、磁敏电阻式等电阻应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。应用范围：用于位移、加速度、力、压力、力矩等各种参数测量。电阻应

3、变式传感器特点：①精度高，测量范围广；②使用寿命长，性能稳定可靠；③结构简单，体积小，重量轻；④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。5.1电阻应变片的工作原理及特性1、工作原理电阻应变片的基本结构：金属材料半导体材料电阻应变片的工作原理电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。应变片压阻效应：半导体材料在受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。电阻丝的电阻R为代入任一参数变化均会引起电阻变化,求导数x——

4、电阻丝轴向相对变形，或称纵向应变。电阻变化：对金属材料，应变电阻效应：对半导体材料，压阻效应为主：定义：电阻丝的灵敏度系数S0——表示单位应变所引起的电阻相对变化。金属材料半导体材料电阻应变片灵敏度系数S称为“标称灵敏度系数”，由实验测定。电阻应变片的横向效应敏感栅形状栅状结构敏感栅的电阻变化一定小于纯直线敏感栅的电阻变化的现象。应变片的纵向应与测量的形变方向一致；圆弧部分产生了一个负的电阻变化降低了应变片的灵敏度系数。必须采取措施减小横向效应的影响（改进结构等）。2、电阻应变片的种类及材料电阻应变片的种类常用有丝式、箔式、半导体

5、式和薄膜式应变片等。丝式应变片：金属电阻应变片的典型结构。将一根高电阻率金属丝（0.025mm左右）绕成栅形，粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间并引出导线构成。？栅状结构为了获得大的电阻变化量丝式应变片制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴。分为丝绕式和短接式两种。丝绕式应变片因圆弧部分参与变形，横向效应较大；短接式应变片敏感栅平行排列，两端用直径比栅线直径大5～10倍的镀银丝短接而成，其优点是克服了横向效应。箔式应变片：利用照相制版或光刻技术，将厚约为0.003～0.01mm的金属箔片制成敏感栅。箔式应变片优点:①可制成多种复杂形状、尺寸

6、准确的敏感栅，其栅长最小可做到0.2mm，以适应不同的测量要求；②横向效应小；③散热条件好，允许电流大，提高了输出灵敏度；④蠕变和机械滞后小，疲劳寿命长；⑤生产效率高，便于实现自动化生产。金属箔的材料常用康铜和镍铬合金等。目前使用的应变片大多是金属箔式应变片。半导体应变片：分为体型和扩散型两种。体型：利用半导体材料的体电阻制成。扩散型：在半导体材料的基片上利用集成电路工艺制成扩散型电阻。由于半导体(如单晶硅)是各向异性材料，因此它的压阻效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类型有关，还与晶向有关(即对晶体的不同方向上施加力时，其电阻的变化方

7、式不同)。优点：灵敏度高；机械滞后小、横向效应小、体积小、频响高；易于集成化缺点：温度稳定性能差；灵敏度分散度大；较大应力作用下，非线性误差大；机械强度低半导体应变片的特性（与金属应变片相比较)：薄膜应变片：采用真空沉积或高频溅射等方法，在绝缘基片上形成厚度在0.1mm以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅——厚度大约为箔式应变片的十分之一以下。优点：应变灵敏系数大，可靠性好，精度高，容易做成高阻抗的小型应变片，无迟滞和蠕变现象，具有良好的耐热性和冲击性能等。用化学气相淀积法制备薄膜，以其成膜温度低、可靠性好、系统简单等。薄膜应变片是今后的

8、发展趋势电阻应变片的材料（表2-1和表2-2）敏感栅：常用的金属材料有康铜、镍铬合金、铁铬铝合金、铁镍铬合金及贵金属等；半导体材料有硅、锗和锑化铟等。基底：保持敏感栅几何形状、电绝缘、防蚀、防损等作用；基底常从纸、有机聚合物胶膜、玻璃